Praxiswissen Instandhaltung. Thomas Löffler. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz - was kann die Instandhaltung leisten?

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1 Praxiswissen Instandhaltung Thomas Löffler Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz - was kann die Instandhaltung leisten?

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie. Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN by TÜV Media GmbH, TÜV Rheinland Group, Köln 2013 TÜV, TUEV und TUV sind eingetragene Marken. Eine Nutzung und Verwendung bedarf der vorherigen Zustimmung. Gesamtherstellung: TÜV Media GmbH, Köln 2013 Den Inhalt dieses E-Books finden Sie auch in dem Handbuch Der Instandhaltungs-Berater, TÜV Media GmbH, Köln. Die Inhalte dieses Werks wurden von Verlag und Autor nach bestem Wissen und Gewissen erarbeitet und zusammengestellt. Eine rechtliche Gewähr für die Richtigkeit der einzelnen Angaben kann jedoch nicht übernommen werden. Gleiches gilt auch für Websites, auf die über Hyperlinks verwiesen wird. Es wird betont, dass wir keinerlei Einfluss auf die Inhalte und Formulierungen der verlinkten Seiten haben und auch keine Verantwortung für sie übernehmen. Grundsätzlich gelten die Wortlaute der Gesetzestexte und Richtlinien sowie die einschlägige Rechtssprechung.

3 Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz was kann die Instandhaltung leisten? Über diesen Beitrag Energieeffizienz immer wichtiger von Thomas Löffler Die Industrie ist mit ca. einem Viertel am Endenergieverbrauch beteiligt und wird im Interesse des Klimaschutzes, aber wegen der gestiegenen Energiepreise auch aus betriebswirtschaftlichen Gründen künftig Energie noch effizienter nutzen müssen. Ziel des vorliegenden Beitrags ist, Anregungen für die Identifikation von Energiesparmaßnahmen in Produktionsbetrieben zu geben. Dazu wird ein Modell heuristischer Regeln vorgestellt und die Möglichkeiten der permanenten und temporären Energiemessung werden diskutiert. Abschließend wird auf mögliche Beiträge der Instandhaltung zur Verbesserung der Energieeffizienz hingewiesen. 1 Energieeffizienz in der Fabrik eine Einordnung Die wachsende Energienachfrage, der Klimawandel und schwindende Energieressourcen zwingen Politik, Wirtschaft und Gesellschaft zu einem sparsamen Energieeinsatz. Die Industrie die in Deutschland mit ca. einem Viertel am Endenergieverbrauch beteiligt ist wird dazu einen signifikanten Beitrag leisten müssen. Nach zuletzt gestiegenen Energiepreisen (s. Abb. 1), alarmierenden Prognosen zur Versorgungssicherheit, drohender staatlicher TÜV Media GmbH Seite 1

4 Regulierung sowie einer zunehmenden Erschöpfung anderer Rationa lisierungspotenziale ist das Interesse am Thema Energieeffizienz auch in den Produktionsbetrieben deutlich gewachsen. Energieverbrauchsstruktur- Leseprobe - Abb. 1: Entwicklung ausgewählter Energiepreisindizes in Deutschland (Statistisches Bundesamt 2010) Populäre Energiesparmaßnahmen wie die Gebäudedämmung oder eine effiziente Beleuchtung greifen dabei in der Industrie häufig zu kurz, da sich die Energieverbrauchsstruktur in der Industrie deutlich von den privaten Haushalten und von Gewerbe, Handel, Dienstleistungen unterscheidet (s. Abb. 2). TÜV Media GmbH Seite 2

5 Abb. 2: Endenergieverbrauch in PJ (Petajoule) nach Anwendungen und Sektoren in Deutschland (Geiger et al. 2005) Der in der Industrie dominierende Anteil der Prozesswärme resultiert dabei vor allem aus energieintensiven Branchen wie der Metallurgie, Baustoffindustrie oder Nahrungsmittelindustrie. In anderen Branchen und einzelnen Betrieben zeigen sich deutlich abweichende Energieverbrauchs- und damit auch Energiekostenstrukturen (s. Abb. 3). TÜV Media GmbH Seite 3

6 Konkrete Verhältnisse vor Ort berücksichtigen Abb. 3: Energiekostenstruktur am Beispiel eines Automobilzuliefererwerks (eigene Erhebung) Maßnahmen zur Energieeinsparung müssen daher die konkrete betriebliche Situation und die komplexen energetischtechnischen Wechselwirkungen zwischen den eigentlichen Produktionsanlagen, der Ver- und Entsorgungstechnik und den gebäude- sowie energietechnischen Anlagen berücksichtigen. So verursachen einige Fertigungsanlagen erst in der versorgungstechnischen Peripherie signifikant hohe Energieverbräuche (z. B. Kältebedarf für die Laserkühlung). Auch unterschiedliche Betriebsweisen wirken sich aus. Zum Beispiel führt das gleichzeitige Anfahren mehrerer Energieverbraucher nach Betriebsunterbrechungen zu Lastspitzen und damit zu hohen Leistungspreisen beim Strombezug. TÜV Media GmbH Seite 4

7 Maßgeblich: die Anlagenplanung Nicht zuletzt legt bereits die Fabrik-, Anlagen- und Prozessplanung den späteren Energieverbrauch von Produktionsbetrieben maßgeblich fest. Allein die Fehldimensionierung von Antrieben, Pumpen, Lüftern etc. die dann in energetisch ungünstigen Betriebspunkten arbeiten verursacht enorme Energieverschwendungen. Abbildung 4 fasst die angesprochenen Handlungsebenen zusammen und zeigt kurz- und langfristig wirksame Regelkreise für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Produktion (s. Abb. 4). Abb. 4: Handlungsebenen für Energieeffizienz in der Produktion (Löffler u. Tästensen 2008) TÜV Media GmbH Seite 5

8 Instandhaltung besonders angesprochen Handlungsansätze für Energieeffizienz Die Instandhaltung die in vielen Unternehmen sowohl die Sicherstellung der Produktionsanlagen als auch der gebäudetechnischen Infrastruktur umfasst kann auf allen Handlungsebenen wertvolle Beiträge liefern. Sie verfügt über das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Produktion und Produktionsperipherie und hat oft als einzige Instanz die Berechtigung und fachliche Kompetenz, um z. B. energiebezogene Messungen durchzuführen, in Betriebsabläufe einzugreifen und technische Anpassungen vorzunehmen. Ziel des vorliegenden Beitrags ist, Anregungen für die Identifikation von Energiesparmaßnahmen zu geben. 2 Heuristische Regeln zur Identifikation von Energiesparmaßnahmen In Müller et al wurde ein Modell mit heuristischen Regeln Denk- und Handlungsansätzen aufgestellt, mit dessen Hilfe Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz identifiziert werden können (s. Abb. 5). Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen sind im Einzelfall nachzuweisen. Dazu werden dann auch die im Abschnitt 3 vorgestellten Energieverbrauchsmessungen benötigt (zur Ermittlung der Energieeinsparpotenziale etc.). TÜV Media GmbH Seite 6

9 Abb. 5: Handlungsansätze für Energieeffizienz in der Produktion (Müller et al. 2009) Die Handlungsansätze lassen sich sowohl für Neu- und Erweiterungsplanungen als auch für die Überplanung bestehender Anlagen nutzen. Nachfolgend werden die Handlungsansätze im Einzelnen erläutert. 2.1 Substitution der eingesetzten Energieträger Primärenergie sparen Energie kommt beim Verbraucher als sogenannte Endenergie (Energieträger sind Elektroenergie, Heizöl oder Gas) bereits mit unterschiedlichen Verlusten aus der Rohstoffgewinnung, Energieerzeugung und Energieübertragung an (sogenannter kumulierter Energieaufwand bzw. Primär- TÜV Media GmbH Seite 7

10 Energetisch optimierte Fahrweise: Hier kann zum einen durch eine optimierte Auftragssteuerung ein energetisch günstiger Lastgang erzielt werden (z. B. Bildung von Auftragsblöcken zur Vermeidung von Leerlauf, Teillast und Standby-Zeiten, zeitversetztes Anfahren von Fertigungsanlagen). Zum anderen kann der Energiebedarf durch eine optimierte Anlagensteuerung gesenkt werden. Ziel einer energetisch optimierten Anla- Produktgestaltung Dimensionierung der Betriebsmittel Auftrags- und Anlagensteuerung energieinhalt). Werden beispielsweise Schmelz- oder Trockenprozesse, die mit Elektroenergie arbeiten, durch direkt mit Erdgas befeuerte Prozesse ersetzt, kann Primärenergie bis zu einem Faktor von ca. 2,3 gespart werden. Dies senkt zugleich die Energiekosten. Hemmnisse für eine Energieträgersubstitution sind in diesem Fall u. a. die Dosierbarkeit des Wärmeeintrags sowie Sicherheits- und Flexibilitätsfragen. 2.2 Minderung des Bedarfs an Nutzenergie Energetisch optimierte Produktgestaltung: Die Produktgestaltung definiert bereits den Bedarf an Nutzenergie bei der Be- und Verarbeitung. Ansätze für eine energetisch optimierte Produktgestaltung sind z. B. geringe Werkstückmassen (Einsparung von Schmelzaufwand beim Ur- und Umformen, Einsparung von Energie für den Transport) und eine energetisch günstig zu fertigende Formgebung (kurze Prozessketten, endformnahe Rohteile, wenig Verschnitt und wenig Spanvolumen). Energetisch optimierte Dimensionierung von Betriebsmitteln: Überdimensionierte Betriebsmittel und gebäudetechnische Anlagen arbeiten in Teillastzuständen mit schlechten Wirkungsgraden. TÜV Media GmbH Seite 8